la física contemporenee visión del mundo panel malda_ exm14.pdf · a la carga eléctrica pero con...
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1.]"lIJ~L _
Un balance de fin de siglo:
La Física contemporenee y suvisión del mundo
por Gui1lermo Mane l-
La naturaleza am a las simetrías
Los ladrillos esenciales de la mater ia que uno encuentra al destapar la muñeca rusa
del átomo son especialmente inte resantes . El electrón. con sus flamantes cien años ha
tenido un papel protagónico en la revolución tecnológica de la última mitad del siglo; los
nucleones --el protón y el neutrón- permitieron a los científicos entender las denc minadas fuerzas nucleares débiles y finalmente las ant tpartl culas . tales como el positrón.
fueron predichas. primero. por la teoría resultante de mezclar la Mecánica C uántica con
la Relatividad Especial y luego capturadas en los aceleradore s de partlculas.
Sin embargo. destapar la muñeca de los nucleones no es menos sorprendente .
Hacen su aparición los caprichosos quarks que se resisten a mostrase de a uno
("están confinados". dicen los especialistas) y además tienen una propi edad análoga
a la carga eléctrica pero con la opción de tomar no dos sino tres valor es posibles
llamados (figurat ivamente hablando) colores.Pese a esta descripción tan precisa. García Canal advirtió que el conocimiento del
todo no necesariamente debe ser la suma de las parte s individuales. sino que también
hay que tener en cuenta la manera de relacionarse que las unas tienen con las oc-as o. en
otra s palabras. sus interacciones. Existen sólo cuatro formas posibles de interacción: la
electromagnética. la nuclear débil. la nuclear fuerte y la gravitatoria. la forma de descri
bir estas interacciones fundamentales es por medio de otras partículas llamadas media.
doras. Por ejemplo. los gluones son los mediadores de la interacción entre los quarks.
Para finalizar. el panellsta aclaró que. además de 13.5 partículas y las interacciones
elementales. falta considerar el ingrediente más important e: las simetrías. El mar co
en el que se desenvuelve esta descripción de la naturaleza cuenta con estr ictas reglas
que persiguen. casi en for ma estética. preservar distintos tipos de situaciones sjm
pliflcadas o simetrlas, entre las cuales se destaca la que condu ce a una imagen unifica.
da de to das las inte racciones fundamentales .
Jueves29 deabrilenel Departamento de
Físicade lafCEyN .Como todoslos jueves.
tiene tugareltradcooal coloquio sernanal.Sin
embargo. estavez el escenano esdiferente:
en el Pabellón 1. sólo el Aula Magna está en
condicionesderecibir atantaacderoa, Faltan
algunos minutos para elcomienzo. peroya
noquedan demasiadas butacas libres.Num
nosydocentesde lafacultad.consu toquede
Informalidad fáCilmente identrticable. contras
tanconlagrancantidad depúblico extemo a
quienlas notas y losanunciosaparecidosen
losprincipalesdiarioscapitalinosde los últi
mos días haconvocado.Varias cámaras pro
fesionales de videofilmaoón están estraté
gicamente ubicadas y muchos periodistas
con equipos portát ilesdeambulan por las
escaleras. Undetalle más atípicoaúnesla
músicafuncionalque surgedel moderno
equipode sonido queamenizalaespera.
Laraz6nde tanto despliegueorganizativo
y de la inusual asistenciadel heterogéneo
público al coloquio semanal del Departa
mento de Física la explica. por sí mismo,
uno de loscinco cartelesindicadoresde los
nombres de los panelista s: "Doctor Juan
Martin Maldacena",
Esque Juan Martín Maldacena- treinta
años. ex-estudiante de Fisicade la FCEyN
y del Instituto Balseiro. doctor de Princeton
y profesor estable de Harvard (ver el nú
meroanterior de EXACTAmente)-vaen
camino de convertirse en un fenómeno
mediático. Desde la nota de setiembre pa
sado en el New Yórk Times. que describiera
el impacto que su trabajo en física teórica
logróen lacomunidad científica internado
nal, hasta el acoso por parte del público de
la reciente FeriadelLibro porconseguir un
autógrafo suyo, el joven investigador ha pa
sado todoesteúltimo tiempo recorriendo
el mundo paraexplicarla llamada conjeturade Maldacena.
Debate al filo del milenioA rraoerade balance de finde sigk>. el De
partamento de Física de laFCEyN deodó re
emplazarel coloquio delJueves 29 de abril
porunamesa redondaenlacualdebatir los
aportesde laFísicadel siglo XX al patrimo
nio cultural, científicoy tecnológico de la
sociedad contemporánea.
El panel para semejantedebate seconstitu-
EXACTA ",e,. rt~
y6, con elmencionado Maldacenay con los
doctoresen fsica DiegoHarari,cosmólogoy
profesor del Departamento de Físicade la
FCEyN :CarlosGarcía Cana, especialista en
el áreade las partículas elementalesy profe
sardelDepartamento de Física de laUniver
s-dad Nacional de La PlataYCarlosBalseiro.
investigadorenfisica delestado sólido delCen
tro Atórmco Bariloche (CNEA) y profesor
del Instituto Balseiro (UniversidadNacional
de Cuyo). El dad or Juan Pablo Paz, direc
to r del De partamento de Física de la
FCEyN . ofició de moderador.
LaFundaciónMacri se encargó deinvitara
--------------~Fí s; ro ( 01tI,,,,p ordlt''' 1
Big bang, radiacion de fondo y enigmas cosmológicos
Analinndo la luz que llega desde distintos objetos del cosmos. losdentificos han logrado confirmar observacionalmente el hecho de quecadagaJaxia deluniversose está separando de las0tr.IS. Esto indicaquequince milmillones de años atrás- toda lamateria, el espado Yel tiempo
debían conformar un universode un tamaño muchísimomis reducidoque
el actualpero con un ritmo de expansi6n más violento. lo cualse conocecomo bigbang. En tales condiciones. durante los tres primeros minutos.el universose nedudaa unasopade partlculaselement>les que. a medida
queprogresabalaexpansión dieroo lugar a la1onnaci6n de los nudeones.luego de los áromos. de las moléculas. de los gases interesteJares. de las
galaxias. de losplaneas ori>itandolasestrellas Yde losseneshumanos que
se preguncm por todas estas westiones.
Apenasunostresdentos milaños después delbóg bang. latemperaturahaba descendido lo sufidente como parapennitir que las partlculasme
diadoras de lainteracdÓll electromagnética. es dedr los fotones (la luz yotros parientes). dejaran de interactUar con el resto de la materia. EnpaJabras de cosm6Iogos: la materia se hizo cr.msparenre pennitiendo as!
que esa lluvia radan te homogénea. proveniente de todas partes nos lleguehoy dia desde aquel lejano inst:lllte. constituyendo un verdadero fósilcósmico que pennite estudiar los orígenes del universo.
Por último. hace tan solo siete años. sofisticados instrumentales 3
bordo del satélite COBE detectaron peq.¡eñísimas fluctuaciones en la
temperatura asociada a ese fondo de radiaci6n que.hasta dicho experi
mento. parecía ser desconcertantemente uniforme. la importancia deeste descub<imiento reside en el hecho de que tales ftuetuacionesserian
el eslabón perdido que pennitiria a los científicos explicar nada menos
quela1onnaci6n de estructuras galácticas a gr<lll escaJa.Pero no todo es gloria. Según Harari. el modelo cosmológico
dominante deberá pasar mis pruebas para confirmar su validez y.para esto. los experimentos de la próxima década serán decisi
vos. Además . existen algunas explicaciones adeudadas que seguramente se saldarán en el próximo siglo. Por un lado. subsiste elenigma. de la llamada materia oscura: esto es. la gran discrepanciaentre la cantidad de materia que se calcula a partir de los objetosestelares luminosos observados astronómicamente y la que los fisl
cos calculan a partir del ritmo de expansión del universo. Por otrolado. todavía no se sabe claramente de don de provienen unossorpresivos destellos de radiación electromagnética llamada gamrmy. finalmente. por qué algunos rayos cósmicos tienen energías superiores a las previstas por las teorías. En particular, existe gran enw
siasmo por parte de los físicos denominados sstroperticúhstss porcaptar los mencionados rayos cósmicos por medio de un sistema dedetectores instalados en Hendan en el marco del Proyecto PierreAuger de colaboración internaciona l de dieciocho paises .
Maldacena.de ladifusión y de lalogística del
evento en el marco de su programa de co
laboracióncon las universidades nacionales
denom inado Intercambios a distancia.
Parafraseando a Einste in. Paz abrió el de
bate presentando a "cuatro aventureros del
pensamiento", para luego agregar que
-Maldacena representa lamejor tradición de
lafísica argentinaen lalineade personalida
des ta les como Juan José G iambiagi y Mi
guelÁngel Virasoro",
Las exposiciones lograron transportar a
laaudiencia en un viajea lo largo de todo el
espectro de la realidad: desde los tamaños
espaciotemporales inimaginablemente chip
ces del big bangy de los interio res de los
agujeros negros . pasando por los constitu
yentes fundamentalesde todas lascosas.
por losmaterialesde lavidadiaria que ex
presan las prop iedades colectivas de las
partículaselemental es . para finalmente lle
garal universo como un todo.
Los ladrillos fundamentalesde la materia
"El concepto de constituyente e<mentll de
lamateriaviene evolucionado desde la época
de losgriegos". dijoGarcíaCanal. en laaper-
tura del debate . para luego agregar que "la
imagenactualque tenemos de la materiaes lade esasmuñecas rusasque se van incluyendo
unas dentro de las otras", Destapamos la
primeray encontramos a lasmoléculas. en
la segunda: a los átomos, y en la tercera
aparecenloselectrones, laspartículas cons
tituyentes delnúcleo atóm icoo nudeones y
también lasantipartículas.
Pero cuando uno cree que destapó la úl
tima muñeca. todavía hay una más conte
niendo a los exóticos componentes de los
nudeoneso quarks(ver recuadro Lanatu
ralezaama...), "Si bien. en este punto no
hay razones experimentalesni paraasegu
rar que esta seala últ ima muñeca ni para
que sigahabiendo más -explicóGarcía Ca
nal- el estadoactual de losconocimientos
indicaque electronesy quarksson las verdaderaspartículas elementales".
Como si fueramos pocos, lascuasiparticulas
Balseiro invitó a preguntarse: "[qu é se
ve dentro de un metal a baja temperawra!". Pese a la complejidad del sistema yalgran número de interacciones presentesentre los constituyentes básicos del metal. éste se comporta simplemente comosi fuera (conceptualmente) una caja condos gases diferentes: uno constituido poralgo parecido a electrones y otro por algoparecido a fotones (las partículas mediadoras de la fuerza electromagnética). EstOS nuevos personajes . ficticios. muy diversos. con diferentes compon:amientossegún la ocasión y que tienen innegablerelación con las partículas elementales. enrealidad. son las manifestaciones tfpicasdela respuesta colectiv.J. del material y reci
ben el nombre genérico de cuasíparrícu/as.Enlaanalogía sociológica.unacuasipartlculasería el barrabrava al que nunca podría
mas ver como tal si se encuentra aislado
de l grupo.La Hateria Co ndensada seria algo así
como un taller de diseño y construcciónde cuasiparticulas que permite a los científicos manipular experimentos - talescom o los de los ma teriales
superco nd uc t o r e s y lo s líq uido ssuperfluidos- y comprender nuevas si
mecrtas. muchas veces sustancialmentediferent es de las que respetan electrones y fot ones en su calidad de partículaselementales •
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Un salto al universoA su tumo en el uso de la palabra. el
cosmólogo Harari reflexionó que "reciénen
estesiglo. las técnicas observacionales le per
mitieron a laCosmología separarse de sus
parientes ancestrales menos agraciados. ta
!escomolaAstrología.y pasara fonnar parte
de laFísica en el sentido máscompleto". De
esa manera la Cosmología obtuvo en este
siglo descubrimientostrascendentesque. a
juicio del especialista. fueron: la expansión
del universo (1929). la llamada radiación
cósmicade fondo ( 1964) Ylaexistenciade
estructura en esaradiación ( 1992) (ver re
cuadro Big bang. radiación de fondo y
enigmas cosmológicos).
Elsiglo XIX había finalizado con dosgran
de s imágenes co nceptuales de.la realidad:
el átomo y laVía Láctea, mientrasque "co
menzamosel siglo XXI pudiendo decir que
el sístema más pequeño y el másgrande
que conocemos son laspartículaselernen
tales. po r un extremo, y el mapa té rmico'
del universo, por el ot ro ", Ilustró Harari
más que explícitamente - refir iéndose a
los logros cosmológicos obtenidos en es
tos últimos cien años.
La sociología de las partículas
elementales
Porsuparte. Carlos Balseiro explicó que
los problemas de "lavidacotdana"o.mejor
dichode "nuestras escalas humanas de bajas
energías". recesaramente debenentenderse
apartirdel cooocmento de niveles de reali
dadmásbásicos. talcomo lo esel de las par
ticulas elementales. peroque esto no essufi
ciente paragarantizar unacomprensión com
pleta. Balseiroejemplificó recurriendo a una
analogíasociológica: "un reconocidamente
anidadoofionista puedecambiarsucompor
tamientoen latribuna deunacancha de fútbol
y ser indistinguible dentro de un grupo de
barrabravas". Loscomportamientosglobales
de sistemasde muchoscomponentes poco
tienen que ver con el individualde cadaunos
de estos, por mejor que se losconozca.
De estosetrata lapartede laFsicallamada
Materia Condensada. "Una sola ecuación.
simple yelegante.eslaque esconde toda la
información contenidaenunabarrade cobre.
de grafito.enunmetal. enunpolímero.en la
hemoglobina. enundrosaoro, enlaPentium
111 Yen laque lasuceda". explicó Balseiro. Sin
embargo , lariquezade propiedadesemer
gentesde estos grandes conglomeradosde
constituyentes básicoshacen que la resolu
ción de laecuación no sea unatareasenci lla.
Elavance en estecampo se produce en
tonces mediante el camino que señalan los
experimentos. La evolución fenomenal en
lastécnicasy la sofisticación del instrumen
tal de med ición posibilitan encontrar nue
vos e impensados fenó menos que dispa
ran una catarata de trabajosteóricos para
tratar de explicarlospero, ahora. con gran
simpl ificación del formalismo.
Con esta dinámica. la Materia Conden
sad a ha logrado te ner fr uctífe ras
interrelaciones con la teoría de laspartk u
laselementalesy con la cosmologíacontri
buyendo asl a enriquecer la pintura de la
realidad de una manera asom brosa.
Más allá de las partículas
elementales
Maldacena. por suparte. comenzóel últi
mo tramo deldebate ilustrandlo todas lasáreas
de laFísica y lostamaños de lossistemas bajo
estodo Correspondientes acada unadeellas.
Así.empezanclo por lacosmología. quesela
tiene que vernada menosqueconel universoobservable como un todo ,sellega altema
en laque Maldacenaesespecialista: llamada
Gravedad Cuántica.unáreade lafskadonde
las dis t ancias y lo s t iempos son
inimaginablemente chicosy corresponden a
ladenominada escala de Planck( longitudes
de uncentimetrodNididopor un unoseguido
de treinta ytrescerosytiemposde unsegun
do dividido por ununo seguido decuarentay
tresceros), Pasando de un extremo al ot ro.
los saltosteóricossonenormesy,aproxima
damente alaaltura de las partículas elementa
les,el hombrepierde lacapacidad demanipu-
Inmobiliaria Maldacena: excelentePH en espaciotiempo hiperbólico
La Relatividad General indica que la
materia del universo es la responsable dedistorsionar el te jido del espacio y deltiempo o, en palabras de t-faldacena. "lamasa curva. el espaclonernpo". Una formade visualizar esto consiste en imaginarseuna sábana extendida so bre un colch6n yuna bola de bow ling apoyada sobre ellos.A una pulga ciega y renga condenada a pasar su vida en el mundo bidimensional dela sábana (espaciotiempo tridimensional
para ella) le parecerá que es plano mientras inadverti damente esté lejos de la bolapero. al acercarse a ésta. sentirá la mismasensaci6n que Colón: el mundo tiene curvatura (por supuesto que la cosa es másdificil de imaginar en nues tro hábita t detres dimensiones espaciales y una temporal). Ahora bien, esta sábana -aún en ausencia de la bo la- no sólo puede transmitir ondulaciones de una punta a otra de lacama (en el univer so real se las denominaondas gravitatorias) sino que además -pord ict ad os de las leyes de la Mecá nicaCuántica- tiene un pequeñísimo movimiento propio ("'el vacio puede moverse", sen
tencia t-laldacena). Otra predicción de laRelatividad General indica que ciertas estrellas. al agotar el combustible nuclear que lespermite irradiar luz. no pueden soportar supropio peso y colapsan hasta concentrarseen un solo punto o singularidad. Es decir,
pasan a convertirse en un agujero negro.Saltando de la Relatividad a la Mecánica
Cuántica - y tal como Garc ia Canal lo ex
plicara a su turno-Ios especialistas admi-
larexperimentoscontrolaclos.De modo que.
de alll enadelante. desaparece uno de los
pilares fundamentalesde la Física: el juego
teo ría-experimento . Po r estas razones
Maldacena explicó que su área de trabajo
es "algo especulativa"y que estáorientada a
corregir la inconsistenciaasociada con ladi
ficultadde describir.mediante unasolateo
ría. a lastresfuerzasdescriptaspor la Me
cánica Cuánt ica -Ia electromagnética y las
dos nucleares- y la de la gravedad , que es
patrimon io conceptual de la Teoría de la
Relatividad Genera. Enpalabras deMaldacena
suenatrivialpero.esa"ircoosistencia" en ver-
EXACTA mrlltr ID
EXACTAm~nt~Ii
ten que tal vez no haya objetos más básicos
que los quarks pero seguro que al llegar a
los tamaños típ icos del "movimiento pro
pio de la sábana" (la esca la de P1anck) algo
nuevo debería aparecer. Pero toda la bate
ría de las teorías cuánticas. que permiten
describ ir las partículas elementales. sus
int eraccio nes y simetrías. no es suficiente
para explicar lo sucedido en escenarios
do nde la fuerza de gravedad es la protago
nista pr incipal (po r ejemplo. justo en elmomento inicial del big bang o en el cen
tro de un agu jero negro). Por estas razo
ne s los expertos son concientes de que
aún deben establecer cuál es la re lació n
entre las partículas elementales, "e l mov i
miento propio de la sábana" y la gravedad.
En la jerga: el matrimonio entre la teorías
de la Relatividad General y la Mecánica
Cuántica es conflict ivo. Para resolver el
entuerto. los te óricos seguieron la misma
estrategia con la fuerza gravitatoria. que la
que exitosamente les había permitido des
cribir a las otras tres fuerzas de la natura
leza pero. por cuestiones técnicas (algo
as! co mo que los físicos esta ban o bligado s
a dividir por ce ro y automáticamente con
den ados al infierno matemático) . el pro
blem a conyugal no tuvo final fel iz. Inútil
co nso larse con que, de spués de todo. sóloera un problema de recrias pues el big bang
y los agu jeros negros es tán alli para reccrdarn os el frac aso .
AsI surgieron las teorías de cuerdas (ve r
número 1 y 13 de EXACTAmente) como
u na propu e sta para sa lvar aquellas
inco ns ist encias. En esta descripción. los
objetos fundamenta les de la naturaleza ya
no se rian "puntuales" sino diminuta s ras-
gaduras unidimensionales de l espacio Ha
madas cuerdas. Las maneras o modos en
los que podrían vibrar las cuerdas (en las
hom ónimas de la guitarra, corresponde.
r ían a los diferentes tonos que el músico
puede obtene r) se rian. de a lgún modo.
todas las partículas elementales. las cono
cidas y po r co nocer.
Estas t eorlas de cuerdas t ienen la capa
cidad de predecir cuál es la dimensi6n delespaciotiempo: ¡nada menos que diez! Tres
dimensiones son, en algún sentido , gran·des (las que percibimos lo s seres huma
nos) . seis son chicas o se dice que estánenrolladas (la pulga que vive en la sábana.
por su re nguera. no puede percibir la tercera dimensi6n espacial) y el t iempo.
De todas man eras. la tarea de compati
bilizar la teorfa de cuerdas con aquellas
que los flsicos const ruye ro n estudiando
las partículas elementales en los
aceleradores no es para nada sencilla. Bastarecordar que la máxima energia que podrá
manipular el hombre, cuando se ponga en
operaci ón en Europa e l más grande (y el
últ imo) ac elerador de partículas . estará
lejo s de la nece sari a para recrear las con
diciones en las qu e las cuatro fuerzas de
la naturaleza serian una sola superfuerza.
Maldacena aseguró que, pese a los in
convenientes. "algo que si es fácil de en
tender es cómo se comportan las cuerdas
en un espacio t iempo particular denomi
nado hiperbólico". Volviendo a la pulga
renga y ciega . ésta podría desarrollar una
vid a próspera y norma l en va ri o s
espaciotiempos bidimen sionales diferen
tes: en la sábana plana. en la sábana cerca
de la bola de bowling. en la superficie de
dad haconstJtuido unaespecie de santo grial
de laFísica buscadoansiosarrentedesde hace
varias décadas.
Finalizando el debate. Maldacena ex
plic6 su resonante contribución personal
(ver re cuad ro Inmobiliaria Malda
cena...) a esta asignatura pendiente del
conocim iento que, según opiniones au
to rizadas.seguramente ya está represen
tanda un gran paso hada el pró xim o si
glo en la comp rensión de tan intrincada
zo na de la realidad.
F l s i r a c o n t e m p o r á n e e g
una pelota, en la superficie de un cilindro
o en la montu ra de un caballo. Una cosa
que la pulga deberá tener en cuenta es
que sus hijo s ap renderán geom etrías di
ferentes según la escuela de cada uno deesos lugares do nde dec ida vivir. En la sá
bana plana . los ángulos inte rio res de un
tr iángulo sumarán ciento ochen ta gra do s
pero en la pe lota sumarán más ¡Si lo sa
brán los pilotos de avión que triangulan la
superficie de la Tierra! y en la montura menos. En palabras más técnicas. la pulga ten
dria la opc íón de elegir espaciotiempos de
metricss diferentes.
Maldacena pr o po ne mudarnos
imaginariamente (como la pulga) al universo
de métrica hiperbólica (la montura para la
pulga). AlUno hay ex pansión. existe borde.
los haces lumino sos de las linternas que se
encendieran irlan hasta ese borde y volve
rlan (per o las otras partícula s no), tiene una
curvatura parecida a la de nuestro universo
actual (con lo cual no sentiríamos mayore s
diferencias mientras estuviésemos lejos del
bord e) y alll los fisicos podrán desarrollar.
vía descripción de las cuerdas. lo que deno
minan "una teoría cuántica de la gravedad en
el borde (con una dimensi6n menos}". De
modo que. al menos en este tipo de unlverso. Maldacena si pudo recomponer la relación conyugal entre lagravedad einsteniana y
la Mecánica Cuántica. obteniendo una teoríamuy parecida a la que desc ribe los quar ks. Eneste casopartículanlaconjewra de Maldacena
enseña que la relación entre quarks. gluo nes.
cuerdas y gravedad puede entenderse de
manera parec ida a la que las cuasiparticulas
de la Mate ria Condensada con los con juntos
de cons tituyentes elemental es •
Todo concluye al fin
Después de una decena de preguntas.
de todo tipo. form uladas a los panelistas
por parte de laaudiencia. paz dio por con
c1uida lamesa de debatey lamúsicafuncio
nal volvió a sonar. No tan inusual como la
músicaen un coloq uio del De partamento
de Físicafue lasensación general de haber
asistidoa otro hecho cultural trascendente
en la FCEyN X
"Docente AUXiliar del Depertsmeruo de FísicaJ{jan José Ciambiagl.